Identifying abnormal patterns in electroencephalography (EEG) remains the cornerstone of diagnosing several neurological diseases. The current clinical EEG review process relies heavily on expert visual review, which is unscalable and error-prone. In an effort to augment the expert review process, there is a significant interest in mining population-level EEG patterns using unsupervised approaches. Current approaches rely either on two-dimensional decompositions (e.g., principal and independent component analyses) or deep representation learning (e.g., auto-encoders, self-supervision). However, most approaches do not leverage the natural multi-dimensional structure of EEGs and lack interpretability. In this study, we propose a tensor decomposition approach using the canonical polyadic decomposition to discover a parsimonious set of population-level EEG patterns, retaining the natural multi-dimensional structure of EEGs (time x space x frequency). We then validate their clinical value using a cohort of patients including varying stages of cognitive impairment. Our results show that the discovered patterns reflect physiologically meaningful features and accurately classify the stages of cognitive impairment (healthy vs mild cognitive impairment vs Alzheimer's dementia) with substantially fewer features compared to classical and deep learning-based baselines. We conclude that the decomposition of population-level EEG tensors recovers expert-interpretable EEG patterns that can aid in the study of smaller specialized clinical cohorts.


翻译:确定电子脑物理学异常模式(EEG)仍然是诊断若干神经疾病的基石。但目前的临床EEEG审查过程在很大程度上依赖专家直观审查,而专家直观审查是无法伸缩的,而且容易出错。为了加强专家审查过程,人们非常关注使用未经监督的方法来挖掘人口层EEG模式。目前的方法要么依靠二维分解(如主和独立组成部分分析),要么依靠深层代表学习(如自动分解器、自超视等)。然而,大多数方法并不利用EEEGs和缺乏解释性的专家直观审查的自然多维结构。在本研究中,我们建议采用高温分解法,利用高温多面混合分解法发现一组人口层EEEG模式,保留EGs(时x空间x频率)的自然多维结构。然后,我们用一个更小的病人群来验证它们的临床价值,包括不同的认知损伤阶段。我们的结果表明,所发现的模式反映生理上有意义的特征,并准确地将SARimal-E值与SIS real-E值相比,我们研究得出了历史- real- real real real-Eqal decreal decreal decal decal decreal decal decal decalment requidustrismstrismal dismal deal deal dismal deal deal deal deal deal dex。

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